Gỗ là một loại vật liệu mang đồng thời hai tính chất rắn đàn hồi và lỏng dính, gỗ thuộc loại vật liệu cao phân tử khi chịu ngoại lực tác dụng thì sản sinh 3 loại biến dạng:
- Biến dạng đàn hồi tức thời. - Biến dạng sau đàn hồi. - Biến dạng dẻo.
Như chúng ta đã biết, gỗ được cấu tạo nên bởi vô số tế bào, vách tế bào được cấu tạo nên bởi hai thành phần chính là cellulose và lignin.
Cellulose có cấu trúc định hình (microfiber) người ta ví như sườn sắt. Đây chính là thành phần chính sản sinh ra nội lực của gỗ.
Lignin là một chất keo có cấu trúc vô định hình, người ta ví như ximăng bám trên sườn sắt để tạo ra khối bêtông - chính là vách tế bào. Do cấu trúc như vậy lignin chỉ là thành phần thứ yếu sản sinh ra nội lực.
Biến dạng đàn hồi là do cellulose đã sản sinh ra nội lực tạo ra biến dạng đàn hồi; lignin, cellulose và hemicellulose sinh ra biến dạng dẻo (biến dạng vĩnh cửu). Biến dạng vĩnh cửu biểu thị độ dẻo của gỗ.
+ Biến dạng đàn hồi tức thời
Khi chịu tác động của ngoại lực, biến dạng sản sinh tương ứng với tốc độ tăng tải trọng gọi là biến dạng đàn hồi tức thời, biến dạng này tuân theo định luật Hooke khi tải trọng kết thúc thì gỗ lập tức tạo nên biến dạng đàn hồi giảm dần theo thời gian gọi là biến dạng đàn hồi dẻo (biến dạng sau đàn hồi) nó do các mắt xích phân tử celulose bị uốn cong hay bị kéo dãn tạo thành, loại biến dạng này cũng tỷ lệ nghịch, so với biến dạng đàn hồi thì nó có tính trễ thời gian. Chuỗi phân tử celulose bị trượt lên nhau khi chịu ngoại lực tác dụng biến dạng này được gọi là biến dạng dẻo, đây là biến dạng có tính thuận nghịch. Từ đó cho thấy, gỗ là loại vật liệu vừa có biến dạng đàn hồi vừa có biến dạng dẻo. Hình 2.15 thể hiện sự phụ thuộc của biến dạng của vật liệu gỗ theo thời gian tác động lực.
+ Biến dạng dẻo của gỗ
Biến dạng dẻo của gỗ tương đối nhỏ vì vậy có hạn chế nhất định trong khi gia công. Gỗ là loại vật liệu cao phân tử tính dẻo của nó là kết quả của biến dạng và sự dịch chuyển tương đối giữa các cao phân tử dưới tác dụng của ngoại lực. Ở nhiệt độ thường, để nâng cao tính dẻo của gỗ phải cho thêm hoá chất làm cho lực liên kết giữa các phân tử yếu đi. Ngoài ra, thông qua tác dụng của nhiệt độ, nó làm cho các chất nền (cellulose, lignin) của gỗ dẻo hoá
Bi ế n d ạ ng A B C1 C2 C3 t1 tq t2 Thời gian D E
Hình 2.15 - Sự biến dạng của gỗ theo thời gian tác dụng ngoại lực
quá trình đó cũng có thể nâng cao tính dẻo của gỗ. Tính chất này gọi là tính nhiệt dẻo của gỗ.
Lignin là một chất có tính nhiệt dẻo, vì nó là chất không định hình cho nên điểm nóng chảy không cố định. Loài cây khác nhau, nhiệt độ hoá dẻo và nóng chảy của nó cũng khác nhau. Nhiệt độ hoá dẻo của lignin có quan hệ mật thiết với độ ẩm. Điểm nhiệt dẻo (hoá dẻo) của nó ở trạng thái khô kiệt là 127 - 1930C còn ở trạng thái ẩm ướt thì giảm xuống rõ rệt khoảng 77 - 1280C. Hemicellulose do hút nước nên điểm hoá dẻo của nó cũng giảm xuống tương tự trường hợp của lignin. Chất giữ vai trò cốt lõi của gỗ là cellulose thì điểm hoá dẻo lớn hơn 2320C, vùng kết tinh của nó không chịu ảnh hưởng của nước chuyển hóa trạng thái thuỷ tinh của cellulose giảm theo mức độ tăng của độ ẩm.
Đối với gỗ ở trạng thái bão hoà nước, theo Hilis [16] ở nhiệt độ 70 - 800C và ở 80 - 1000C hình thành 2 khu vực dẻo nhiệt độ liên tục. Người ta cho rằng khoảng 70 - 800C là điểm chuyển hoá thuỷ tinh của hemicellulose, 80 - 1000C lignin; gỗ ở trạng thái ẩm ướt khi gia nhiệt có tính dẻo nhiệt rõ rệt.
Như vậy, khả năng biến dạng dẻo của gỗ phụ thuộc vào độ ẩm và nhiệt độ của gỗ; ngoài ra biến dạng dẻo của gỗ còn phụ thuộc vào hoá chất. Do đó, để tăng độ dẻo của gỗ trong quá trình gia công chế biến người ta tác động vào lignin và hemicellulose bằng các phương pháp như: xử lý nhiệt ẩm, dùng hoá chất. Ở điều kiện bình thường thì gỗ có biến dạng dẻo tương đối nhỏ, do vậy rất hạn chế trong quá trình gia công chế biến gỗ, đặc biệt là quá trình nén gỗ. Trong điều kiện bình thường để nâng cao tính dẻo của gỗ cần phải cho chất hoá dẻo để làm cho lực liên kết giữa các phân tử yếu đi và làm tăng biến dạng dẻo của gỗ.
- Khi nén hoặc ép gỗ theo chiều dọc thớ, các tế bào gỗ vách dày cũng như vách mỏng được nén cùng một mức độ nén, khi đó độ bền của các thành phần cấu tạo nên gỗ được giữ nguyên sự khác nhau trong trạng thái mới. Như vậy chúng ta không thể tăng tính chất của gỗ theo chiều dọc thớ.
- Ép gỗ nên ép theo chiều ngang thớ, đối với gỗ lá kim và gỗ lá rộng mạch vòng nên ép theo chiều xuyên tâm, gỗ mạch phân tán ép theo cả hai chiều xuyên tâm và tiếp tuyến [34];
- Trong quá trình ép gỗ theo chiều ngang thớ để tăng sự biến dạng vĩnh cửu của gỗ nhằm tăng mức độ nén của gỗ cần phải có sự dẻo hoá vách tế bào của gỗ, nghĩa là phải làm cho các chất matrix (lignin, hemicellulose) thay đổi trạng thái dưới tác động của nhiệt độ và độ ẩm hoặc làm giảm hàm lượng của chúng có trong gỗ, chuyển hoá thành dạng khác dưới tác động của các chất hoá học bên ngoài.